Dado: c = 4 J/g C, para a água. a) Estime a massa M, em kg, da água colocada no recipiente.

Transcrição

1 1 1. (Fuvest 2000) Uma experiência é realizada para estimar o calor específico de um bloco de material desconhecido, de massa m½=5,4kg. Em recipiente de isopor, uma quantidade de água é aquecida por uma resistência elétrica R=40², ligada a uma fonte de 120V, conforme a figura. Nessas condições, e com os devidos cuidados experimentais é medida a variação da temperatura T da água, em função do tempo t, obtendo-se a reta A do gráfico. A seguir, repete-se a experiência desde o início, desta vez colocando o bloco imerso dentro d'água, obtendo-se a reta B do gráfico. Dado: c = 4 J/g C, para a água a) Estime a massa M, em kg, da água colocada no recipiente. b) Estime o calor específico c½ do bloco, explicitando claramente as unidades utilizadas.

2 2. (Fuvest 2002) Uma caixa d'água C, com capacidade de 100 litros, é alimentada, através do registro R, com água fria a 15 C, tendo uma vazão regulada para manter sempre constante o nível de água na caixa. Uma bomba B retira 3Ø/min de água da caixa e os faz passar por um aquecedor elétrico A (inicialmente desligado). Ao ligar-se o aquecedor, a água é fornecida, à razão de 2Ø/min, através do registro R, para uso externo, enquanto o restante da água aquecida retorna à caixa para não desperdiçar energia. No momento em que o aquecedor, que fornece uma potência constante, começa a funcionar, a água, que entra nele a 15 C, sai a 25 C. A partir desse momento, a temperatura da água na caixa passa então a aumentar, estabilizando-se depois de algumas horas. Desprezando perdas térmicas, determine, após o sistema passar a ter temperaturas estáveis na caixa e na saída para o usuário externo: Dado: 1 cal = 4 J a) A quantidade de calor Q, em J, fornecida a cada minuto pelo aquecedor. b) A temperatura final T, em C, da água que sai pelo registro R para uso externo. c) A temperatura final TÝ, em C, da água na caixa. 3. (Ita 2002) Colaborando com a campanha de economia de energia, um grupo de escoteiros construiu um fogão solar, consistindo de um espelho de alumínio curvado que foca a energia térmica incidente sobre uma placa coletora. O espelho tem um diâmetro efetivo de 1,00m e 70% da radiação solar incidente é aproveitada para de fato aquecer uma certa quantidade de água. Sabemos ainda que o fogão solar demora 18,4 minutos para aquecer 1,00 Ø de água desde a temperatura de 20 C até 100 C, e que 4, J é a energia necessária para elevar a temperatura de 1,00 Ø de água de 1,000K. Com base nos dados, estime a intensidade irradiada pelo Sol na superfície da Terra, em W/m. Justifique.

3 4. (Puc-rio 2001) A Organização Mundial de Saúde (OMS) divulgou recentemente um relatório sobre o impacto na saúde humana da radiação emitida pelos telefones celulares. Neste relatório, a OMS destaca que sinais emitidos por estes aparelhos conseguem penetrar em até 1cm nos tecidos humanos, provocando um correspondente aumento da temperatura do corpo. Considerando que o corpo humano é formado basicamente por água, estime o tempo total de conversação necessário para que um usuário de 60kg tenha um acréscimo de temperatura de 1 C. Os sinais emitidos pelos celulares têm, em média, uma potência de 0,4W e só são gerados enquanto o usuário fala ao telefone. O calor específico da água vale 1 cal/g. C. Considere que apenas 50% da energia emitida pelo celular seja responsável pelo referido aumento de temperatura (1 cal = 4,2 J). 5. (Uerj 2002) Um forno de microondas produz ondas eletromagnéticas, todas com a mesma freqüência de 2,45 10ª Hz. Basicamente, é a energia dessas ondas que irá aquecer os alimentos. Ao utilizar o microondas para aquecer 200 g de água de um copo, o pai verificou que a temperatura dessa água foi elevada de 20 C a 70 C. Suponha que as microondas forneçam 10kcal/min à água e despreze a capacidade térmica do copo. a) Calcule o tempo gasto para aquecer a água do copo de 20 C até 70 C. b) Determine o comprimento de onda dessas microondas no ar. 6. (Ufes 2000) Uma estação orbital tem a forma de um cilindro, cujo volume total é de 150m. O interior dessa estação contém um gás ideal, cuja densidade é de 1,5kg/m e cujo calor específico a volume constante é de 1 10 J/kg C. Inicialmente o gás encontra-se a uma temperatura de 307K e a uma pressão de 1atm. As paredes da estação são isolantes térmicas, com exceção de uma janela de área igual a 2m. A janela é feita com um vidro especial que deixa entrar na estação 50% da radiação incidente, mas não deixa nenhuma radiação sair do interior da estação. Considere que a janela fica exposta durante 50 minutos à radiação solar, que incide perpendicularmente, e que a intensidade da radiação solar na região da órbita é de 1.500W/m. a) Calcule a capacidade térmica do gás no interior da estação. b) Calcule a variação de temperatura do gás no interior da estação, devido à exposição à radiação solar. c) Determine a variação correspondente da energia interna do gás.

4 7. (Ufg 2001) No diagrama Q t, estão representadas as quantidades de calor absorvidas por duas substâncias, A e B, cujas massas são, respectivamente, iguais a 100g e 160g, em função da temperatura. Considere 0 C a temperatura inicial das substâncias. a) Determine as capacidades térmicas e os calores específicos de A e B. b) Determine as quantidades de calor absorvidas por A e B, quando ambas estiverem à temperatura t, indicada no gráfico. 8. (Ufrj 2000) Sabemos que no verão, sob sol a pino, a temperatura da areia da praia fica muito maior do que a da água. Para avaliar quantitativamente este fenômeno, um estudante coletou amostras de massas iguais de água e de areia e cedeu a cada uma delas a mesma quantidade de calor. Verificou, então, que enquanto a temperatura da amostra de areia sofreu um acréscimo de 50 C, a temperatura da amostra de água sofreu um acréscimo de apenas 6 C Considere o calor específico da água 1,00cal/g C. Calcule o calor específico da areia. 9. (Ufrj 2001) Duas quantidades diferentes de uma mesma substância líquida são misturadas em um calorímetro ideal. Uma das quantidades tem massa m e temperatura T, e a outra, massa 2m e temperatura 3T/2. a) Calcule a temperatura final da mistura. b) Calcule a razão entre os módulos das variações de temperatura da massa menor em relação ao da massa maior, medidas em uma nova escala de temperatura definida por T =at+b, onde a e b são constantes.

5 10. (Ufrn 2002) Atualmente se fala muito em economizar energia elétrica. Uma das alternativas é aproveitar a energia do sol para o aquecimento de água em residências, através de coletor solar. O princípio de funcionamento do coletor baseia-se no fato de que todo corpo exposto à radiação do sol tende a se aquecer pela absorção dessa energia. A figura a seguir é uma representação esquemática de um tipo de coletor solar composto basicamente por: - uma caixa fechada, contendo canos de cobre na forma de serpentina (onde circula a água a ser aquecida); - uma placa pintada de preto fosco (para melhorar o processo de aquecimento da água); - uma tampa de vidro transparente (por onde passa a radiação solar e que ajuda a reduzir perdas por convexão). Considere: - a intensidade da radiação solar I=60cal/cm.h; - a área de absorção de energia do coletor A=5 10 cm ; - o calor específico da água c = 10 cal/kg. C; - a quantidade de água aquecida de 30 C para 70 C, em uma hora, como sendo m = 36 kg; - o rendimento, como sendo a razão entre a energia absorvida pela água no processo de aquecimento e a energia fornecida pelo sol ao coletor. Considerando os dados acima, calcule: a) a quantidade de energia, por hora, que é absorvida pela água. b) o rendimento, desse coletor.

6 11. (Ufrrj 2001) O gráfico abaixo mostra como a temperatura de um corpo varia em função do tempo, quando aquecido por uma fonte de fluxo constante de 90 calorias por minuto. Sendo a massa do corpo igual 100g, determine: a) o calor específico do corpo, em cal/g C. b) a capacidade térmica do corpo, em cal/ C. 12. (Ufscar 2000) Um dia, o zelador de um clube mediu a temperatura da água da piscina e obteve 20 C, o mesmo valor para qualquer ponto da água da piscina. Depois de alguns dias de muito calor, o zelador refez essa medida e obteve 25 C, também para qualquer ponto do interior da água. Sabendo-se que a piscina contém 200m de água, que a densidade da água é 1,0 10 kg/m e que o calor específico da água é 4,2 10 J/kg C, responda: a) qual a quantidade de calor absorvida, do ambiente, pela água da piscina? b) por qual processo (ou processos) o calor foi transferido do ambiente para a água da piscina e da água da superfície para a água do fundo? Explique. 13. (Ufu 2001) Considere a radiação solar como uma onda eletromagnética que chega à superfície da Terra com intensidade 1,0kW/m e que uma placa de um aquecedor solar consegue converter em energia térmica 50% da energia da radiação solar que alcança sua superfície. Calcule o tempo que uma placa de 1m deve ficar exposta ao sol para elevar a temperatura de 100kg de água de 25 C para 50 C. Despreze o efeito da inclinação do sol em relação à placa do aquecedor. O calor específico da água é de 4,2J/g C.

7 14. (Unb 2000) Um estabelecimento comercial necessita de água à temperatura de 90 C e utiliza, para isso, um painel solar como mostrado na figura adiante, conectado a um reservatório com 500L de água em cujo interior existe um aquecedor elétrico de 5kW de potência. Considerando que o calor específico da água é igual a 4,2kJ/(kg C), que a massa de 1L de água corresponde a 1kg, que não haja perda de energia do sistema para o ambiente e que o painel solar, sozinho, é capaz de aquecer a água do reservatório a 50 C, calcule, em horas, o tempo mínimo que o aquecedor elétrico deve permanecer ligado para que a água atinja a temperatura desejada. Despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista. 15. (Unesp 2000) A figura mostra as quantidades de calor Q absorvidas, respectivamente, por dois corpos, A e B, em função de suas temperaturas. a) Determine a capacidade térmica CÛ do corpo A e a capacidade térmica C½ do corpo B, em J/ C. b) Sabendo que o calor específico da substância de que é feito o corpo B é duas vezes maior que o da substância de A, determine a razão mû/m½ entre as massas de A e B.

8 16. (Unicamp 2000) Um escritório tem dimensões iguais a 5m 5m 3m e possui paredes bem isoladas. Inicialmente a temperatura no interior do escritório é de 25 C. Chegam então as 4 pessoas que nele trabalham, e cada uma liga seu microcomputador. Tanto uma pessoa como um microcomputador dissipam em média 100W cada na forma de calor. O aparelho de ar condicionado instalado tem a capacidade de diminuir em 5 C a temperatura do escritório em meia hora, com as pessoas presentes e os micros ligados. A eficiência do aparelho é de 50%. Considere o calor específico do ar igual a 1000J/kg C e sua densidade igual a 1,2kg/m. a) Determine a potência elétrica consumida pelo aparelho de ar condicionado. b) O aparelho de ar condicionado é acionado automaticamente quando a temperatura do ambiente atinge 27 C, abaixando-a para 25 C. Quanto tempo depois da chegada das pessoas no escritório o aparelho é acionado? 17. (Ufmg 2001) Um cano de cobre e um de alumínio, ambos de mesma massa, recebem a mesma quantidade de calor. Observa-se que o aumento de temperatura do cano de alumínio é menor que o do cano de cobre. Isso acontece porque o alumínio tem a) calor específico maior que o do cobre. b) calor específico menor que o do cobre. c) condutividade térmica maior que a do cobre. d) condutividade térmica menor que a do cobre.

9 18. (Ufpr 2002) Um copo de vidro contendo 100 ml de leite a uma temperatura inicial de 20 C é colocado num forno de microondas. Depois de 1 minuto de funcionamento do forno, observa-se que o leite atinge 100 C. Supondo que o forno de microondas aqueça os líquidos de maneira uniforme e considerando que o calor específico do leite é igual a J/(kg. C) e que a sua massa específica é igual a kg/m, é correto afirmar: (01) Um copo de 200 ml de leite com a mesma temperatura inicial e no mesmo forno levaria dois minutos para atingir 100 C. (02) Se a temperatura inicial fosse de 60 C, o tempo para 100 ml de leite atingirem 100 C seria de 30 segundos. (04) Um copo de 100 ml e outro de 250 ml de leite, colocados simultaneamente no mesmo forno à temperatura inicial de 20 C, atingiriam a temperatura de 100 C no mesmo instante. (08) Se fossem aquecidos simultaneamente, no mesmo forno, um copo com 100 ml de leite à temperatura inicial de 20 C e outro com 200 ml de leite à temperatura inicial de 50 C, o copo de 100 ml atingiria a temperatura de 100 C antes que o de 200 ml. (16) A energia utilizada pelo forno para elevar a temperatura de 100 ml de leite de 20 C até 100 C é J. Soma ( )

10 GABARITO 1. a) M = 4,32 kg b) c½ = 0,8 J/g. C 2. a) J b) 30 C c) 20 C 3. - Cálculo da potência com que a água recebeu energia térmica para seu aquecimento: P = (V. cv. К) /Ðt P = (1. 4, )/1104 P = 303,33 W - Cálculo da potência que incide na superfície: Pi = P/0,70 = 433,33 W - Cálculo da área efetiva que recebe energia solar: A =. 1 /4 = 0,785 m - Cálculo da intensidade de energia solar: I = 433,33/0,785 = 552 W/m 4. t = 12,6 10 s = 350 h 5. a) 1 min

11 b) 0,12 m 6. a) 2,25 10 J/ C b) 40 C c) 9,0 10 J 7. a) A: 3 cal/ C e 0,03 cal/g C B: 8 cal/ C e 0,05 cal/g C b) A: 90 cal B: 240 cal 8. c(areia) = 0,12 cal/g C 9. a) 4/3 T b) ÐT'm / ÐT' m = a) 1,44 x 10 cal b) 48% 11. a) c = 0,1 cal/g C b) C = 10 cal/ C 12. a) 4,2. 10ª J b) O Sol aquece a água da superfície da piscina por radiação, em seguida o calor flui por condução da superfície até o fundo da piscina.

12 13. 5 h 50 min a) CÛ = 7,5 J/ C C½ = 5 J/ C b) mû/m½ = a) 2100 W b) 3,75 min 17. [A] = 27

13 RESUMO Número das questões: documento banco fixo